Optimizing Eg Orbital Occupancy of Transition Metal Sulfides by Building Internal Electric Fields to Adjust the Adsorption of Oxygenated Intermediates for Li‐O2 Batteries

法拉第效率 密度泛函理论 吸附 材料科学 催化作用 过渡金属 纳米棒 异质结 分解 化学工程 电化学 纳米技术 化学 电极 计算化学 物理化学 光电子学 有机化学 工程类
作者
Zhaorui Zhou,Lanling Zhao,Jun Wang,Yiming Zhang,Yebing Li,Sana Shoukat,Xue Han,Yuxin Long,Yao Liu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (41) 被引量:23
标识
DOI:10.1002/smll.202302598
摘要

Abstract Li‐O 2 batteries are acknowledged as one of the most promising energy systems due to their high energy density approaching that of gasoline, but the poor battery efficiency and unstable cycling performance still hinder their practical application. In this work, hierarchical NiS 2 ‐MoS 2 heterostructured nanorods are designed and successfully synthesized, and it is found that heterostructure interfaces with internal electric fields between NiS 2 and MoS 2 optimized e g orbital occupancy, effectively adjusting the adsorption of oxygenated intermediates to accelerate reaction kinetics of oxygen evolution reaction and oxygen reduction reaction. Structure characterizations coupled with density functional theory calculations reveal that highly electronegative Mo atoms on NiS 2 ‐MoS 2 catalyst can capture more e g electrons from Ni atoms, and induce lower e g occupancy enabling moderate adsorption strength toward oxygenated intermediates. It is evident that hierarchical NiS 2 ‐MoS 2 nanostructure with fancy built‐in electric fields significantly boosted formation and decomposition of Li 2 O 2 during cycling, which contributed to large specific capacities of 16528/16471 mAh g −1 with 99.65% coulombic efficiency and excellent cycling stability of 450 cycles at 1000 mA g −1 . This innovative heterostructure construction provides a reliable strategy to rationally design transition metal sulfides by optimizing e g orbital occupancy and modulating adsorption toward oxygenated intermediates for efficient rechargeable Li‐O 2 batteries.
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